Solarthermie - Effizienz an allen Standorten
Die Marktdaten aus dem Jahr 2015 verweisen auf bundesweit 2,15 Millionen installierte Solarthermie-Anlagen mit einer Kollektorfläche von 19,2 Millionen Quadratmetern. Daraus resultiert eine Wärmeproduktion von 7.500 Gigawatt-Stunden; umgerechnet 7,5 Milliarden Kilowattstunden. Eine enorme Energiemenge, die deutsche Haushalte aus der Sonnenenergie gewinnen. Ergebnisse, die überzeugen, obwohl die Sonne bei der genauen Berechnung für die Gewinnung von Solarwärme eine nicht zuverlässig einschätzbare Größe darstellt. Trotzdem leistet die Solarthermie einen wichtigen Beitrag in der Nutzung regenerativer Energien. Die kontinuierlichen Fortschritte bei der technologischen Entwicklung hocheffizienter Solarkollektoren fördert die Effizienz der Produktion von Solar Warmwasser und der Heizungsunterstützung durch die Sonne.
Solarerträge abhängig von Sonneneinstrahlung
Obwohl sich die Sonneneinstrahlung über das Jahr hinweg kontinuierlich verändert, reicht sie in Deutschland aus, um eine Solarthermie-Anlage effizient zu betreiben. Denn an sonnigen Tagen, von denen es im gesamten Bundesgebiet ausreichend gibt, produziert eine thermische Solaranlage zu jeder Jahreszeit eine nicht unerhebliche Wärmemenge pro Quadratmeter Kollektorfläche.
- 7 - 8 Kilowattstunden in den Sommermonaten
- 5 Kilowattstunden im Frühjahr und Herbst
- 3 Kilowattstunden in den Wintermonaten
Vorausgesetzt, die Solaranlage ist korrekt ausgerichtet und im unmittelbaren Umfeld befinden sich keine Störfaktoren – liegen die Jahressummen der nutzbaren Globalstrahlung pro Quadratmeter Kollektorfläche zwischen 900 Kilowattstunden im Norden und bis zu 1.200 Kilowattstunden im Süden Deutschlands.
Standortkriterien für die Solarthermie
Die Größe der Solarthermie-Anlage anhand der Haushaltsgröße und des Warmwasserbedarfs ist berechnet. Übernimmt die thermische Solaranlage zusätzlich die Unterstützung der Heizanlage, sind die dafür erforderlichen Daten ebenfalls bekannt. Der nächste Schritt ist nun die genaue Standortbestimmung, da für die Kollektoren eine zusammenhängende und von Störfaktoren nicht beeinträchtigte Dach- oder Freifläche erforderlich ist.
Als Störfaktoren gelten alle Gebäude und Teile von Gebäuden als Verursacher einer teilweisen oder kompletten Verschattung der Kollektorfläche während der verschiedenen Sonnenstände. Störende Bäume zu fällen, ist in den meisten Fällen mit geringem Aufwand verbunden und realisierbar. Dagegen ist es unmöglich, einen auf dem Dach befindlichen Schornstein zu entfernen oder ein in unmittelbarer Entfernung stehendes hohes Gebäude. Werfen diese Objekte beispielsweise während der Mittagszeit ihre Schatten auf die Kollektorfläche, reduziert sich die Rentabilität der Anlage maßgeblich.
Tipp: Vor der detaillierten Planung einer thermischen Solaranlage die Dachfläche auf unbehinderte Sonneneinstrahlung prüfen.
Wichtige Solarthermie-Kriterien: Ausrichtung und Dachneigung
Zu den wichtigsten Kriterien zählen die Ausrichtung des Dachs und dessen Neigung. Da bei Solarthermie-Anlagen nur selten eine elektrische Nachführung installiert wird, wurde ein optimaler Neigungswinkel für die installierte Kollektorfläche errechnet. Dieser liegt für die Warmwasserbereitung zwischen 30 und 50 Grad. Ist eine thermische Solaranlage für die Kombination aus Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung geplant, liegt der Neigungswinkelbereich der Kollektoren zwischen 45 und 70 Grad.
Zu den häufigsten Dacharten zählen Satteldächer, die bauartbedingt folgenden Neigungswinkel aufweisen:
- Flaches Dach - unter 30°
- Winkel- oder Neudeutsches Dach - 45°
- Altfranzösisches oder Altfränkisches Dach - 60°
- Altdeutsches oder Gotisches Dach 62°
Diese Winkel stellen einen rechnerischen Bestandteil der optimalen Kollektorneigung dar.
Ein weiteres Kriterium ist die südliche Ausrichtung der Dachfläche. Um eine Solarthermie-Anlage wirtschaftlich zu betreiben, sollte die Abweichung in Richtung Westen oder Osten maximal 30 Prozent betragen. Der daraus resultierende Ertragsverlust von fünf Prozent lässt sich mit einer etwas größeren Kollektorfläche sehr gut kompensieren. Größere Abweichungen führen unter Umständen zur Unwirtschaftlichkeit der thermischen Solaranlage oder zu einer sehr langen Amortisationszeit der Solarthermie Kosten.
Bauliche Voraussetzungen immer berücksichtigen
Neben den Standortbedingungen spielt die Eignung des Gebäudes eine wichtige Rolle. Dazu zählen beispielsweise der ausreichende Wärmeschutz des Hauses genauso dazu wie die Tragfähigkeit des Dachs und die verfügbare in sich geschlossene Dachfläche für die Kollektoren. Nicht zu vergessen das Platzangebot im Heizkeller, um den Pufferspeicher zu installieren.
Für die Montage einer Solarthermie-Anlage weist die Tragfähigkeit des Dachs die größte Bedeutung auf. Da die Schnee- und Windlasten in Deutschland sehr unterschiedlich sind, gibt die DIN 1055 fünf verschiedene Schneelastzonen und vier Windzonen vor. Welche zum Einsatz kommt, ist regional unterschiedlich. Bei beiden Werten handelt es sich um Flächenlasten, die entweder senkrecht oder parallel auf das Dach einwirken. Solarthermische Anlagen wirken in beiden Richtungen ein. Daher sind im Rahmen der geplanten Montage die senkrechte und parallele Dachbelastung zu berücksichtigen.
Obwohl im Normalfall eine gewisse Dachlastreserve vorhanden ist, ist eine erneute Berechnung der Werte einschließlich Solarthermie-Anlage sinnvoll. Dies schützt vor allem bei Sturm vor Schäden am Dach und an der Anlage.
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